比较常用的几种制冷的方法

比较常用的几种制冷的方法 1 1 液体汽化制冷 液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热效应而实现制冷的 在一定压力下液体汽化时 需 要吸收热量 该热量称为液体的汽化潜热 液体所吸收的热量来自被冷却对象 使被冷却 对象温度降低 或者使它维持低于环境温度的某一温度 为了使上述过程得以连续进行 必须不断地将蒸气从容器 蒸发器 中抽走 再不断地将 液体补充进去 由此可见 液体汽化制冷循环由液体工质低压下汽化 工质气体升压 高 压气体液化 高压液体降压四个基本过程组成 压缩式 吸收式 喷射式和吸附式制冷都属于液体汽化制冷方式 1 1 1 压缩式制冷 压缩式制冷系统由压缩机 冷凝器 膨胀阀 蒸发器组成 用管道将其连成一个封闭的系 统 工质在蒸发器内与被冷却对象发生热量交换 吸收被冷却对象的热量并汽化 产生的 低压蒸气被压缩机吸人 压缩机消耗能量 通常是电能 将低压蒸气压缩到需要的高压 后排出 压缩机排出的高温高压气态工质在冷凝器内被常温冷却介质 水或空气 冷却 凝 结成高压液体 高压液体流经膨胀阀时节流 变成低压 低温湿蒸气 进入蒸发器 其中 的低压液体在蒸发器中再次汽化制冷 1 1 2 吸收式制冷 吸收式制冷是以热能为动力 利用溶液吸收和发生制冷剂蒸气的特性来完成循环的 吸收 式制冷系统的主要部件 设该系统使用氨 水溶液为工作物质 则吸收器中充有氨水稀溶液 用它吸收氨蒸气 溶液 吸收氨蒸气的过程是放热过程 因此 必须对吸收器进行冷却 否则随着温度的升高 吸 收器将丧失吸收能力 吸收器中形成的氨水浓溶液用溶液泵提高压力后送入发生器 在发 生器中 浓溶液被加热至沸腾 产生的蒸气先经过精馏 得到几乎是纯氨的蒸气 然后进 入冷凝器 在发生器中形成的稀溶液通过热交换器返回吸收器 为了保持发生器和吸收器 之间的压力差 在两者的连接管道上安装了节流阀 5 在这一系统中 水为吸收剂 氨为 吸收剂 吸收式制冷的另外一种常见类型是以水为制冷剂 溴化锂水溶液为吸收剂的溴化锂吸收式 制冷机 用于生产冷水 可供集中式空气调节使用 或者提供生产工艺需要的冷却用水 吸收式制冷机消耗热能 可用多种不同品位的热能驱动 通常用 1MPa 表压力 以下的蒸 气或燃气 燃油为驱动热源 也可以利用温度在 75 以上的热水 废气等低品位余热驱动 还可以利用太阳能 地热等能源 因此 吸收式制冷易于实现能源的综合利用 1 1 3 喷射式制冷 喷射式制冷以蒸气的压力能为驱动能源 用喷射器造成一个真空环境 使制冷剂在低温下 蒸发而制冷 如图 2 3 所示 是一种开式循环的喷射式制冷原理图 从锅炉来的蒸气进入 喷射器的喷嘴 在其中迅速膨胀 在喷嘴出口处达到很大速度并形成真空状态 由于高速 气流的引射作用 将蒸发器内的蒸气不断抽吸出来 从而保持蒸发器的真空 在喷射器内 工作蒸气与被引射蒸气经过充分混合后以冷凝压力流出 所以 喷射式制冷机中 制冷剂 和工作蒸气是同一种物质 1 1 4 吸附式制冷 吸附制冷系统也是以热能为动力的能量转换系统 其机理是 一定的固体吸附剂对某种制 冷剂气体具有吸附作用 周期性地加热和冷却吸附剂 使之交替吸附和解吸 解吸时 释 放出制冷剂气体 并使之冷凝为液体 吸附时 制冷剂液体蒸发 产生制冷作用 吸附制 冷的工作介质是吸附剂 制冷剂工质对 以沸石 水工质对为例 由吸附床 冷凝器 蒸发器和管道构成一个封闭系统 吸附床内充 装了沸石 制冷剂液体 水 聚集在蒸发器中 吸附床被加热时 沸石温度升高 产生解 吸作用 从沸石中脱附出水 此时 系统内的水压力上升 当达到与环境温度对应的饱和 压力时 水在冷凝器中凝结 同时放出潜热 凝水贮存在蒸发器中 对吸附床冷却时 沸 石温度逐渐降低 它吸附水的能力逐步提高 造成系统内气体压力降低 蒸发器中的水不 断蒸发出来 用以补充沸石对水的吸附 蒸发过程吸热 达到制冷的目的 1 2 热电制冷 热电制冷又称温差电制冷或半导体制冷 在铜丝的两头各接一根铋丝 再将两根铋丝分别接到直流电源的正 负极上 通电后 发 现一个接头变热 另一个接头变冷 这个现象称为帕尔帖效应 是热电制冷的依据 热电制冷的效果主要取决于两种材料的热电势 纯金属材料的导电性好 导热性也好 但 其帕尔帖效应很弱 制冷效率极低 不到 1 半导体材料具有较高的热电势 可以成功地 用来做成小型热电制冷器 但热电制冷的效率不高 半导体器件的价格又很高 而且必须使用直流电源 因此往往需 要变压整流装置 增加了热电堆以外的体积 所以热电制冷在需要制冷量较大的场合不宜 使用 但由于它改变电流方向就可以实现制冷 制热的相互转换 灵活性强 使用方便可 靠 非常适合于空间探测飞机上的科学仪器 电子仪器和医疗器械的制冷装置上 核潜艇 驾驶舱的空调设备上 还常在手提式冷热箱中采用热电制冷 很适合于郊游 兵营 或汽 车司机使用 1 3 气体膨胀制冷 高压气体绝热膨胀时 对膨胀机作功 同时气体的温度降低 用这种方法可以获得低温 与液体汽化式制冷相比 空气膨胀制冷是一种没有相变的制冷方式 所采用的工质主要是 空气 此外 根据不同的使用目的 工质也可以是 CO2 O2 N2 He 或其它理想气体 构成这种制冷方式的循环系统称为理想气体的逆向循环系统 其循环型式主要有 定压循 环 有回热的定压循环和定容循环 最早出现的空气制冷机采用的是定压循环 它由两个等压过程和两个等熵过程组成 其制 冷流程见图 2 4 从压缩机排出的高温 高压气体 温度为 T2 进入冷却器 在定压下被 冷却到温度 T3 然后进入膨胀机 等熵膨胀到冷室的压力 一般为 105Pa 左右 同时温度 降到了 T4 成为低温低压冷气流 冷气流进入冷室 使被冷却对象降温 而空气本身因吸 收了热量 温度回升到了 T1 这个过程是在低压下的等压吸热过程 离开冷室的空气被压 缩机吸入 完成下一次循环 1 4 涡流管制冷 涡流管制冷首先是由法国人兰克 Ranque 提出的 他在 1933 年发明一种装置 可以使压缩 气体产生涡流 并将气流分成冷 热两部分 该装置称为涡流管 又叫兰克管 这种制冷 方法称为涡流管制冷 涡流管装置的结构如图 2 5 所示 它由喷嘴 涡流室 孔板 管子 和控制阀组成 涡流室将管子分为冷端 热端两部分 喷嘴沿涡流室切向布置 孔板在涡 流室与冷端管子之间 热端管子出口处装控制阀 管外为大气 经过压缩并冷却到常温的气体 通常是空气 也可以是 C02 N2 等其他气体 进入喷嘴 在 喷嘴中膨胀并加速到音速 从切线方向射入涡流室 形成自由涡流 自由涡流的旋转角速 度离中心越近就越大 由于角速度不同 在环形气流的层与层之间产生摩擦 内层气体失 去能量 从孔板流出时具有较低的温度 外层气体吸收能量 动能增加 又因为与管壁摩 擦 将部分动能变成热能 使得从控制阀流出的气体具有较高的温度 由此可见 涡流管 可以同时获得冷 热两种效应 用控制阀控制热端管子中气体的压力 从而控制冷 热两 股气流的流量及温度 只有在阀部分开启时 才出现冷 热分流现象 涡流管工作原理的定性解释比较清楚 但由于管内气流之间的传导和对流情况比较复杂 故对冷 热端温度进行定量的理论计算尚有困难 实验表明 当高压气体为常温时 冷气 流的温度可达 10 50 热端温度可达 100 130 涡流管制冷的主要缺点是 效率太低 气流噪声大 但它结构简单 维护方便 启动快 使用灵活 因而常用在有高压气源或易于低价获得高压气体的场合 1 5 绝热放气制冷 刚性容器中的高压气体在绝热放气时温度降低 该过程称焦耳膨胀 利用此效应可以制冷 如果放气前容器中气体压力足够高 温度又很低 那么 绝热放气时残留在容器中的气体 将能够降到液化的温度 利用放气制冷而又连续工作的制冷机有 G M 循环制冷机 S 循环 制冷机和脉管制冷机 1 6 磁制冷 固体磁性物质在受磁场作用磁化时 系统的磁有序度增加 对外放出热量 再将其去磁 磁有序度下降 又要从外界吸收热量 这种磁性离子系统在施加与除去磁场的过程中所出 现的现象称磁热效应 利用磁热效应的制冷方式即为磁制冷 磁制冷是在顺磁体绝热去磁 过